Énergie

Le bois, une des plus anciennes sources d'énergie
Bouteille d'huile de tournesol dont l'étiquette indique l'énergie contenue pour 100 millilitres en deux unités : les kilojoules et les kilocalories.

L'énergie est une des grandeurs physiques. Elle se mesure en joules, en kilowatt-heures et encore dans d'autres unités.

L'énergie a la capacité à produire des actions comme fournir de la chaleur, de la lumière, ou mettre en mouvement un objet (quand on pousse un objet, par exemple). Lorsque c'est une mise en mouvement et en physique, on l'appelle un travail. Ce mot provient du grec energia, qui signifie « force en action ». Dans le cas d'une voiture, la source d'énergie est la combustion de l'essence.

Il ne faut pas confondre l'énergie avec la puissance, qui est combien d'énergie est dépensée ou produite par un temps donné (par seconde en général).

L'énergie est présente dans de nombreux domaines : les activités humaines (l'économie), les phénomènes naturels, la biologie, l'astronomie, etc.

Unités

L'énergie se mesure grâce à des unités :

Un joule représente très peu d'énergie. Un enfant qui monte un étage par un escalier a produit un effort de plus de 1 000 joules. On utilise aussi les multiples du joule comme le kilojoule (KJ), le mégajoule (MJ ; 1 000 000 joules) et le gigajoule (GJ).

Les autres unités courantes d'énergie sont notamment :

Activités humaines

Un pétrolier dans le port de Rotterdam

Les hommes préhistoriques les plus anciens vivaient exclusivement de chasse et de cueillette. Ils ne cuisaient pas les aliments et, comme tous les animaux, n'utilisaient pas d'autre énergie que celle contenue dans leur nourriture (qui permet finalement le travail des muscles) ou dans les rayons du soleil pour se chauffer.

Il y a un peu plus de 500 000 ans, les hommes découvrent et maîtrisent le feu. Ils apprennent à l'entretenir et à l'utiliser pour se chauffer, s'éclairer, se protéger de certains animaux et cuire des aliments. Le bois devient ainsi une grande source d'énergie dans l'histoire de l'humanité. Avec la domestication, les hommes ont aussi utilisé le travail des animaux comme les bœufs et les chevaux.

Avec la révolution industrielle et des découvertes techniques, on a utilisé ensuite d'autres sources d'énergie : les énergies fossiles comme le charbon, le pétrole, le gaz et l'énergie nucléaire ainsi que de nouvelles énergies renouvelables comme l'énergie hydraulique avec l'eau de barrages, le vent (éoliennes) et le soleil (énergie solaire).

Quantités d'énergie

Pile d'environ 13 stères de bois, soit 21000 kWh. C'est la quantité de bois nécessaire pour chauffer une maison pendant un ou deux ans en climat tempéré.
C'est aussi l'équivalent de l'énergie consommée pour un aller-retour Paris-Rome en avion pour un groupe de 30 personnes, ou 7 personnes pour un aller-retour Paris-Montréal.

Au cours du XIXe siècle, les physiciens ont compris que la quantité de chaleur, le travail mécanique (travail d'une force) ou encore l'énergie qu'a un objet par sa vitesse sont des choses échangeables et qui peuvent être comptées avec la même unité : ce sont toutes des formes d'énergie.

Voici quelques exemples de quantités d'énergie, pour évaluer des ordres de grandeur. En effet, selon les domaines dont on parle, bien qu'il s'agisse de la même grandeur physique (elle peut s'exprimer avec la même unité), les quantités sont très différentes :

On peut calculer que l'énergie nécessaire pour transporter chaque passager dans une voiture moyenne transportant deux personnes ou dans un avion de ligne normalement rempli est à peu près la même pour la même distance[10]. Mais comme un avion de ligne va 10 fois plus vite qu'une voiture sur un voyage (900 km/h contre 90 km/h), un voyage de 2 heures d'avion consomme à peu près autant d'énergie que 20 heures de voiture !

Formes de l'énergie

L'énergie se trouve sous différentes formes et on peut la convertir d'une forme à l'autre, quoique cela puisse être difficile. De plus il est impossible de convertir toute l'énergie d'une forme à une autre. La seule conversion qui peut se faire totalement c'est de convertir une forme d'énergie en ce qu'on appelle chaleur, les autres conversions ne peuvent se faire qu'avec une partie de l'énergie qui sera transformée en chaleur et qu'on appelle des pertes car c'est une forme d'énergie qui n’était pas souhaitée.

Il y a l'énergie mécanique, qui elle-même peut être une énergie cinétique, une énergie potentielle mécanique ou un travail. L'énergie cinétique, est celle qu'un objet a prise lorsqu'il a de la vitesse, l'énergie potentielle mécanique est par exemple celle d'un arc tendu, et le travail est une force sur une certaine distance. En lâchant la corde d'un arc, l'énergie potentielle devient un travail, une poussée sur la flèche, puis cette énergie devient énergie cinétique de la flèche, puisque celle-ci a pris de la vitesse.

L'énergie chimique est l'énergie qu'une matière peut fournir en étant brûlée (comme du bois de chauffage), par réaction chimique, par décomposition ou en étant consommée comme aliment.

On appelle « énergie primaire » l'énergie d'un carburant ou d'un combustible, ou une autre énergie qu'on trouve dans la nature, avant qu'elle soit transformée pour être utilisable directement ou facilement, par exemple sous forme d'électricité ou d'énergie mécanique pour faire avancer une voiture. La transformation de l'énergie primaire en énergie utilisable se fait avec des pertes, en général sous forme de chaleur. Le rapport entre l'énergie disponible sous la forme voulue et l'énergie primaire est le rendement. Le rendement d'une centrale électrique thermique est de l'ordre de 35 à 50 %. Celui d'un moteur à essence est plus faible.

Produire de la chaleur est plus facile : un poêle ou une chaudière de chauffage atteignent un rendement de 70 à 80 %. Les pertes sont alors surtout la chaleur des fumées.

Les moyens de transférer l'énergie

Le funiculaire de Fribourg : une voiture descend quand l'autre remonte. Elles s'échangent de l'énergie grâce à un câble qui les relie et qui tourne autour de poulies en haut de la rampe.

L'énergie se conserve et peut se transférer d'un système à un autre : on peut la transférer, la convertir mais pas la détruire ni la créer.

L'électricité est un moyen de transférer de l'énergie. Le réseau de distribution de l'électricité ne contient quasiment pas d'énergie. À chaque instant on y met autant d'énergie que celle qui est consommée. C'est un peu comme la chaîne du vélo qui transfère l'énergie du cycliste à la roue arrière.

Il existe d'autres moyens de transférer de l'énergie :

Énergie des êtres vivants

Les organismes vivants utilisent de l'énergie pour leur croissance et leur métabolisme. Les animaux l'utilisent aussi pour leurs mouvements par les muscles, et pour maintenir la température de leur corps quand il s'agit d'animaux homéothermes (couramment appelés animaux à sang chaud).

La source de l'énergie des plantes est la lumière du Soleil, donc de l'énergie solaire, que les plantes captent et transforment par le processus de photosynthèse. Ces plantes (dont des algues) sont ensuite l'origine presque unique de l'énergie de tout les autres organismes qui les mangent, comme les animaux et les champignons. C'est la chaîne alimentaire.

Les réserves d'énergie des organismes sont sous forme d'énergie chimique : principalement les lipides et les glucides. Les lipides sont les huiles et graisses tandis que les glucides ou sucres complexes, comme le glycogène chez les animaux ou l'amidon chez les plantes, sont une forme de stockage des sucres plus facilement utilisables que les lipides.

À l'intérieur des organismes (plantes, animaux, bactéries...), presque toutes les fonctions qui demandent de l'énergie utilisent une molécule particulière : l'adénosine triphosphate ou ATP. Lorsque les réserves d'énergie sous forme de glucides et de lipides sont utilisées, elles produisent cette molécule qui ensuite est utilisée pour le fonctionnement des muscles par exemple.

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Notes

  1. 18 mètres x 0,0056 kg x 9.8 c'est-à-dire g
  2. 1 mètre x 10 kg x 9.8 c'est-à-dire g
  3. 1/2 x 0,450 kg x (120/3,6)²
  4. 18 mètres x 35 kg x 9.8 c'est-à-dire g
  5. si l'eau passe de 10 °C à 100 °C : 1 litre x (100 - 10) x 4180 = 376 000 joules
  6. 1/2 x 1000 kg x (130/3,6)²
  7. si l'eau passe de 10 °C à 40 °C : 30 litres x (40 - 10) x 4180 = 3 760 000 joules
  8. Ration alimentaire. (2018, mars 5). Wikipédia, l'encyclopédie libre. Page consultée le 20:21, mars 5, 2018 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Ration_alimentaire&oldid=146125743.
  9. 450 000 litres x 1 x 4180
  10. La consommation d'une voiture est typiquement de 6 litres pour cent kilomètres » (l/100 km), ce qui fait 3 l/100 km par personne quand il y a deux personnes. D'après le site http://eco-calculateur.aviation-civile.gouv.fr/ qui calcule la consommation et les émissions par passager pour de nombreux voyages en avion, en prenant en compte le remplissage réel moyen des avions, la consommation par passager en avion varie selon le trajet de 2,8 à 3,1 l/100 km environ, soit environ de 3 l/100 km de kérosène.

Voir aussi

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